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EP0730161B1 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Überprüfung von Schutzmassnahmen in realen IT-Netzen - Google Patents

Verfahren sowie Vorrichtung zur Überprüfung von Schutzmassnahmen in realen IT-Netzen Download PDF

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Publication number
EP0730161B1
EP0730161B1 EP96100668A EP96100668A EP0730161B1 EP 0730161 B1 EP0730161 B1 EP 0730161B1 EP 96100668 A EP96100668 A EP 96100668A EP 96100668 A EP96100668 A EP 96100668A EP 0730161 B1 EP0730161 B1 EP 0730161B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
earth
potential
protective
fault current
network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96100668A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0730161A3 (de
EP0730161A2 (de
Inventor
Raimund Dr.-Ing. Schweiger
Herbert Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gossen-Metrawatt GmbH
Original Assignee
Gossen-Metrawatt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gossen-Metrawatt GmbH filed Critical Gossen-Metrawatt GmbH
Publication of EP0730161A2 publication Critical patent/EP0730161A2/de
Publication of EP0730161A3 publication Critical patent/EP0730161A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0730161B1 publication Critical patent/EP0730161B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches

Definitions

  • the invention relates to a method for checking protective measures in with Residual current protective devices equipped IT networks and a device for Performing this procedure.
  • the active parts of an ideal IT network In contrast to the TT network or TN network, the active parts of an ideal IT network not directly grounded. When there is a single earth fault in a phase of the ideal IT network Therefore, no earth fault current can flow, as this is done by grounding the active Parts of the ideal IT network closed circuit would be necessary.
  • a real IT network does not have a direct grounding of the active power supplies, However, from a certain network size, it is inevitably characterized by earth leakage currents connected consumer and through a capacitive coupling of the Grid phases towards earth. In such real IT networks, one can occurring single earth fault of a network phase a fault current flow, its size essentially depends on the line phase impedance to earth.
  • the grounding the phases in the real IT network with respect to earth are generally relatively high Earth resistance, so that in the case of a single earth fault, generally significantly lower Fault currents than in TN / TT networks occur because in TN / TT networks through the Direct earthing of the active power supplies specified relatively low earthing resistances which are the occurrence of a significant fault current in the event of a single earth fault enable.
  • Residual current circuit breakers necessary, which occur when a residual current occurs (e.g. by touching a phase directly) causes a network interruption.
  • a test current equal to the nominal residual current of the residual current device from a phase in front of the residual current device to one flow to another phase arranged after the residual current device, whereupon the residual current device must be triggered correctly.
  • the basic functionality of the residual current protective device is indeed hereby determined, but it is not ensured that the residual current device actually responds when there is a single earth fault.
  • test equipment also used to check the real IT network (e.g. Response of the residual current protective devices, measurement of the level of the residual current and the touch voltage) can be used.
  • the contact voltage is generally determined in this context by detecting a drop in the mains voltage, which occurs when a Fault current occurs in the event of a single earth fault.
  • a drop in the mains voltage which occurs when a Fault current occurs in the event of a single earth fault.
  • the voltage of each phase to earth as unchangeable be viewed so that about the amount of decrease in the line voltage also the amount of touch voltage can actually be detected.
  • This incalculable lowering of the mains voltage can be caused by deliberate Theoretically, generating a single earth fault can be prevented however, the real IT network would be converted into a TN network and the determined ones Measurement results would no longer be related to the real IT network.
  • the invention is based on the object of a method for checking of protective measures in IT networks equipped with residual current devices offer, which is based on those occurring in real IT networks Network conditions is tailored and an error-free determination of relevant Measured variables (such as contact voltage, fault current, earth resistance and Tripping point of the residual current device). Furthermore should a device for performing the method according to the invention is offered become.
  • the method according to the invention for checking protective measures in real IT networks provides for the use of a test device, in which - in addition to the usual Connection of a first connection to one of the network phases and the connection of one second connection to protective earth - a third probe connection is provided, which is connected to a neutral earth potential.
  • This neutral earth potential is like this spaced from the protective earth of the second connection to be measured, that at the Applying a residual current to the protective earth during testing and measurement of the real IT network there is no potential change in the neutral earth potential.
  • the method according to the invention sees an automatic termination of the check of the IT network if it is determined by the test device that the probe connection is not properly connected, an interruption in the probe line between Test device and probe connection is determined, or an excessive probe connection resistance (for example greater than 50 kOhm) is determined.
  • an excessive probe connection resistance for example greater than 50 kOhm
  • the method according to the invention provides for the application of a fault current I P between the at least one phase of the IT network and the protective earth, thereby reducing the potential the protective earth is raised by a certain amount.
  • the applied fault current I P flows in the real IT network with the test device connected as described, from the network phase tapped by the test device via the test device to protective earth and from protective earth via earth and the coupling impedance of the tapped network phase of the real IT Network back into the IT network and through the residual current device (s).
  • the potential of the protective earth is measured in relation to the neutral earth potential (to which the probe connection is connected) in the method according to the invention.
  • the measured potential is monitored. If a predetermined limit value (for example 25V or 50V) is exceeded, the method according to the invention provides for the test current I P to be switched off and the checking of the IT network to be ended automatically within a predefinable time interval. This automatic termination of the IT measurement mode takes place within the time intervals required in IEC 1010.
  • a predetermined limit value for example 25V or 50V
  • this potential check between the probe connection and protective earth can also be carried out before the fault current I P is applied and, if necessary for safety reasons, the test device can be switched off and the method according to the invention for checking IT networks can be terminated.
  • the contact voltage is detected by the method according to the invention, the voltage value occurring between the protective earth and the neutral earth potential during the measurement is detected.
  • the relaxation voltage is as described wrongly about the detection of the potential between protective earth and tapped Network phase detected.
  • this conventionally detected potential is due to the fact that it is described by the parallel connection of the tester with the coupling impedances of the Real IT network falsified network voltage change.
  • the method according to the invention thus allows an accurate and unadulterated determination the contact voltage by detecting the potential between protective earth and the neutral probe connection.
  • the contact voltage measured between the points described can now be measured by applying a fault current I P equal to the nominal fault current of the fault current protection device to be tested.
  • the touch voltage can also be measured by applying a fault current I P that corresponds to part of the nominal fault current of the fault current protection device and can then be extrapolated to the actual value of the touch voltage (for a fault current equal to the nominal fault current).
  • the method according to the invention further provides the possibility of comparing the flowing fault current I P with a setpoint.
  • This setpoint can correspond, for example, to the nominal residual current at which the residual current protective device used in the real IT network to be checked responds. If the constant current flowing during measurement and testing does not reach this setpoint (for example due to excessive coupling impedances of the individual phases of the real IT network with respect to earth), it can be recognized that the residual current protective devices used have an excessive nominal residual current and thus to protect the checked real one IT network are not suitable.
  • the earth resistance can be easily calculated by the method according to the invention after the measurement has been completed from the determined contact voltage and the applied constant fault current in accordance with Ohm's law.
  • the device according to the invention for carrying out the described method according to the invention is characterized by an automatic switch-off device for switching off the method for checking the IT network. This automatic switch-off device responds automatically if there is no proper connection of the probe to the neutral earth potential.
  • the device according to the invention has an automatic switch-off device for interrupting the applied fault current I P , which responds for security reasons when a predetermined limit value of the potential difference between the neutral earth potential and the protective earth of the IT network is exceeded.
  • a computer of the device according to the invention is determined by using the Ohm's law the earth resistance Re from the contact voltage and the constant current applied.
  • the determined resistance value for the earth resistance Re is then displayed on a display device provided on the test device.
  • Fig. 1 shows a real IT network with the network phases L 12 , L 22 and L 32 , which are grounded relatively high impedance by coupling impedances 11, 12 and 13. 1 has otherwise ungrounded active parts 16 and an exemplary and grounded consumer M.
  • the (different) coupling impedances 11, 12 and 13 symbolize the capacitive coupling of the individual network phases L 12 occurring in the real IT network, L 22 and L 32 to earth.
  • a measuring device 2 with a first connection 3, a second connection 4 and a third probe connection 6 is now connected to the real IT network, that the first connection 3 is connected to a network phase (in the present case with the network phase L 32 ) of the IT network, the second connection 4 is connected to a protective earth 5 of the IT network and the third probe connection 6 via a probe line 14 with neutral Earth potential 7 is connected.
  • the neutral earth potential 7 is located at a distance 10 (at least 20 m) from the protective earth 5 and is therefore outside the voltage funnel of the protective earth 5.
  • a fault current I P to be measured now flows in the direction of arrow 8 via test device 2, earth resistance 9, protective earth 5, coupling impedances 11, 12 and fault current protection device 1 and active parts 16 (division depending on the three-phase phase position).
  • the flowchart according to FIG. 2 for the tripping test of residual current protective devices is based on a measuring setup according to FIG. 1 and first measures the mains voltage U mains . If this lies between a permissible lower limit ug or upper limit og, the potential between the neutral earth potential 7 and the protective earth 5 is measured by the test device 2 without fault current feed. If the measured probe voltage U probe exceeds the upper limit og, the further test of the present network, as in the TN / TT network, must be carried out without using the third probe connection 6 of the test device 2. This procedural step determines whether a real IT network is available.
  • the probe voltage U probe does not exceed the predetermined upper limit og, it is assumed that there is a real IT network and a constant current I dN is fed into the network via the test device 2, so that a fault current in the direction of flow 8 (cf. 1) flows.
  • the probe voltage U probe is under load (ie with fault current I P ) and it is checked whether the probe voltage U probe (between neutral earth potential and protective earth 5) exceeds a predefinable limit value (here 50V). In this case, the network check is terminated immediately for security reasons.
  • the actual current flowing in the flow direction 8 is detected by the test device 2 with the current actual value I. Since the constant current I dN has the magnitude of the nominal residual current, a triggering of the residual current protective device 1 is to be expected if a certain measuring time is exceeded. If this does not happen, it was found that the residual current device 1 is faulty.
  • the amount of the difference between the actual current value I and constant current I dN is continuously formed and it is determined whether this difference exceeds a limit value.
  • the tripping time t A is detected and displayed by the test device 2.
  • FIG. 3 shows the method according to the invention for measuring the contact voltage U idN with a measuring setup according to FIG. 1.
  • the U network is measured, compared with the lower limit ug and the upper limit og, and the voltage between the neutral earth potential 7 and the unloaded protective earth 5 added. If this voltage in turn does not exceed an upper limit value og which is dangerous to safety, a fraction of the constant current (for example half, a third, etc.) is now set on test device 2 according to FIG. 2 and in flow direction 8 according to FIG. 1 in analogy to the corresponding method step 2 fed into the real IT network.
  • a fraction of the constant current for example half, a third, etc.
  • the contact voltage U idN is recorded over time by integrating the probe voltage U probe between neutral earth potential 7 and protective earth 5. If the contact voltage U idN exceeds a limit value, the measuring process is stopped immediately for safety reasons. Otherwise, as in the method according to FIG. 2, the actual current value I is detected, and an absolute difference between the actual current value I and the constant current I dN fed in half, third, etc. is formed. If this difference in amount does not exceed a limit value ⁇ and the measuring time is over, the grounding resistance Re can be calculated and displayed from the determined contact voltage U idN and the set constant current I dN .
  • the contact voltage U idN is integrated until the end of the measuring time.
  • an earth fault for example due to excessive Coupling impedance 11, 12, 13
  • an insufficient fault current for tripping the so oversized and ineffective residual current device 1 flows.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von Schutzmaßnahmen in mit Fehlerstromschutzeinrichtungen ausgestatteten IT-Netzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Im Gegensatz zum TT-Netz bzw. TN-Netz sind die aktiven Teile eines idealen IT-Netzes nicht direkt geerdet. Beim Vorliegen eines Einzelerdschlusses einer Phase des idealen IT-Netzes kann deshalb kein Erdfehlerstrom fließen, da hierzu ein über die Erdung der aktiven Teile des idealen IT-Netzes geschlossener Stromkreis notwendig wäre.
Die für das ideale IT-Netz charakteristische vollständige Isolierung der aktiven Teile gegenüber Erde tritt in der Praxis allerdings nur bei Kleinnetzen mit einer geringen Anzahl von Verbrauchern auf.
Ein reales IT-Netz weist zwar auch keine direkte Erdung der aktiven Netzteile auf, zeichnet sich aber ab einer gewissen Netzgröße zwangsläufig durch auftretende Erdableitströme angeschlossener Verbraucher und durch eine kapazitive Kopplung der Netzphasen gegenüber Erde aus. In derartigen realen IT-Netzen kann also bei einem auftretenden Einzelerdschlußfehler einer Netzphase ein Fehlerstrom fließen, dessen Größe im wesentlichen von der Netzphasenimpedanz gegenüber Erde abhängt. Die Erdung der Phasen im realen IT-Netz gegenüber Erde besitzt im allgemeinen einen relativ hohen Erdungswiderstand, so daß im Fall eines Einzelerdschlusses im allgemeinen deutlich geringere Fehlerströme als in TN-/TT-Netzen auftreten, da bei TN-/TT-Netzen durch die direkte Erdung der aktiven Netzteile relativ niedrige Erdungswiderstände vorgegeben sind, welche das Auftreten eines beträchtlichen Fehlerstroms im Fall eines Einzelerdschlusses ermöglichen.
Da beim realen IT-Netz wie beschrieben Fehlerströme im Falle von Einzelerdschlüssen auftreten können, ist zur umfassenden Absicherung realer IT-Netze der Einsatz von Fehlerstromschutzschaltem notwendig, welche beim Auftreten eines Fehlerstroms (z.B. durch direktes Berühren einer Phase) eine Netzunterbrechung veranlaßt.
Zur Überprüfung derartiger Fehlerstromschutzeinrichtungen in realen IT-Netzen läßt man beispielsweise einen Prüfstrom in Höhe des Nennfehlerstroms der Fehlerstromschutzeinrichtung von einer vor der Fehlerstromschutzeinrichtung liegenden Phase zu einer anderen, nach der Fehlerstromschutzeinrichtung angeordneten Phase fließen, woraufhin eine ordnungsgemäße Auslösung der Fehlerstromschutzeinrichtung erfolgen muß. Hiermit wird zwar die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Fehlerstromschutzeinrichtung ermittelt, es wird jedoch nicht sichergestellt, daß die Fehlerstromschutzeinrichtung beim Vorliegen eines Einzelerdschlußfehlers tatsächlich anspricht.
Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung von Fehlerstromschutzeinrichtungen in IT-Netzen besteht darin, daß die zur Überprüfung der Fehlerstromschutzeinrichtung in TN-/TT-Netzen verwendeten Prüfgeräte auch zur Überprüfung der realen IT-Netzes (z.B. Ansprechen der Fehlerstromschutzeinrichtungen, Messung der Höhe des Fehlerstroms und der Berührungsspannung) verwendet werden.
Die Ermittlung der Berührungsspannung erfolgt in diesem Zusammenhang im allgemeinen durch die Erfassung einer Absenkung der Netzspannung, welche beim Fließen eines Fehlerstroms im Falle eines Einzelerdschlusses auftritt. In TN-/TT-Netzen kann durch die Erdung der aktiven Teile die Spannung jeder Phase gegenüber Erde als unveränderlich angesehen werden, so daß über den Betrag der Absenkung der Netzspannung auch tatsächlich der Betrag der Berührungsspannung erfaßt werden kann.
Da aber im realen IT-Netz die einzelnen Netzphasen mit unterschiedlichen Impedanzen geerdet und kapazitiv gekoppelt sind und bei der Netzprüfung das Prüfgerät den (unterschiedlichen) Koppelimpedanzen der einzelnen Phasen parallelgeschaltet wird, erfolgt durch die Netzprüfung einer Veränderung der Phasenkopplung gegen Erde. Somit tritt eine zusätzliche Potentialverlagerung (Netzspannungsabsenkung) gegen Erde auf, welche mit der Netzspannungsabsenkung beim Fließen eines Fehlerstroms aufgrund eines Einzelerdschlusses in keinem quantifizierbaren Zusammenhang steht. Es ist deshalb bei der Überprüfung realer IT-Netze nicht möglich, aus der Absenkung der Netzspannung beim Fließen eines Fehlerstroms Rückschlüsse auf den Betrag der Berührungsspannung zu ziehen.
Diese unkalkulierbare Absenkung der Netzspannung kann durch bewußtes Erzeugen eines Einzelerdschlußfehlers theoretisch verhindert werden, hierdurch würde aber das reale IT-Netz in ein TN-Netz umgewandelt und die ermittelten Meßergebnisse würden in keinem Bezug mehr zum realen IT-Netz stehen.
Die Überprüfung realer IT-Netze durch die von den TN-/TT-Netzen her bekannten Verfahren und Prüfgeräte führt demnach zu irreführenden bzw. unbefriedigenden Meßergebnissen.
Als technologischer Hintergrund auf dem Erfindungsgebiet sind weiterhin bekannt geworden:
  • EP 0 368 029 "Meßverfahren und Schaltungsanordnung zur Überprüfung von Schutzmaßnahmen in Wechselspannungsnetzen",
  • EP 0368 030 "Meßverfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Auslösestroms von FI-Schaltern",
  • DE 23 06 621 "Prüfgerät für Fehlerströmschutzschaltungen",
  • DE 11 37 115 "Schaltungsanordnung zur Prüfung von Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschutzschaltern" sowie
  • BE 647635 "Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Isolation eines elektrischen Wechselspannungsnetzes".
    • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung von Schutzmaßnahmen in mit Fehlerstromschutzeinrichtungen ausgestatteten IT-Netzen anzubieten, welches auf die bei realen IT-Netzen auftretenden Netzzustände zugeschnitten ist und eine fehlerfreie Ermittlung relevanter Meßgrößen (wie Berührungsspannung, Fehlerstrom, Erdungswiderstand und Auslösepunkt der Fehlerstromschutzeinrichtung) ermöglicht. Des weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeboten werden.
    Die Aufgabe wird, soweit sie das Verfahren betrifft, vom kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die Unteransprüche 2 - 7 verwirklicht.
    Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsförmen der Vorrichtung werden durch die Unteransprüche 9 und 10 realisiert.
    Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung von Schutzmaßnahmen in realen IT-Netzen sieht die Verwendung eines Prüfgerätes vor, bei welchem - neben der üblichen Verbindung eines ersten Anschlusses mit einer der Netzphasen sowie der Verbindung eines zweiten Anschlusses an Schutzerde - ein dritter Sondenanschluß vorgesehen ist, der an ein neutrales Erdpotential angeschlossen wird. Dieses neutrale Erdpotential ist derart von der zu vermessenden Schutzerde des zweiten Anschlusses beabstandet, daß bei der Beaufschlagung der Schutzerde mit einem Fehlerstrom während der Prüfung und Messung des realen IT-Netzes keine Potentialveränderung des neutralen Erdpotentials auftritt. Durch Setzen des Sondenanschlusses außerhalb des Spannungstrichters der Schutzerde (in der Regel in einer Entfernung von mindestens 20m von der Schutzerdr) wird eine Beeinträchtigung des Sondenanschlusses von einer Potentialveränderung der Schutzerde ausgeschlossen.
    Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine automatische Beendigung der Überprüfung des IT-Netzes vor, wenn durch das Prüfgerät festgestellt wird, daß der Sondenanschluß nicht ordnungsgemäß angeschlossen ist, eine Unterbrechung der Sondenleitung zwischen Prüfgerät und Sondenanschluß festgestellt wird, oder ein zu großer Sondenanschlußwiderstand (beispielsweise größer als 50 kOhm) ermittelt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit die fehlerfreie Arbeitsweise des Sondenanschlusses des Prüfgerätes erkannt.
    Nach dem geschilderten Anschluß des Prüfgerätes an eine der Phasen des IT-Netzes, an die Schutzerde sowie an das neutrale Erdpotential sieht das erfindungsgemäße Verfahren das Anlegen eines Fehlerstromes IP zwischen der mindestens einen Phase des IT-Netzes und der Schutzerde vor, wodurch das Potential der Schutzerde um einen gewissen Betrag angehoben wird. Der angelegte Fehlerstrom IP fließt im realen IT-Netz mit wie beschrieben angeschlossenem Prüfgerät von der durch das Prüfgerät angezapften Netzphase über das Prüfgerät in die Schutzerde und von der Schutzerde über Erde und die mit Erde in Verbindung stehenden Koppelimpedanz der angezapften Netzphase des realen IT-Netzes zurück in das IT-Netz und durch die Fehlerstromschutzeinrichtung(en).
    Nun erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren eine Messung des Potentials der Schutzerde gegenüber dem neutralen Erdpotential (an welchem der Sondenanschluß angeschlossen ist). Das gemessene Potential wird überwacht. Falls ein vorgegebener Grenzwert (z.B. 25V oder 50V) überschritten werden, sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine Abschaltung des Prüfstromes IP und ein automatisches Beenden des Überprüfens des IT-Netzes innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls vor. Diese automatische Beendigung des IT-Meßmodus erfolgt innerhalb der in der IEC 1010 geforderten Zeitintervalle.
    Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese Potentialüberprüfung zwischen Sondenanschluß und Schutzerde auch bereits vor dem Anlegen des Fehlerstrom IP durchgeführt werden und gegebenenfalls aus Sicherheitsgründen eine Abschaltung des Prüfgerätes sowie eine Beendigung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überprüfung von IT-Netzen veranlaßt werden. Bei der Erfassung der Berührungsspannung durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der während der Messung zwischen der Schutzerde und dem neutralen Erdpotential auftretende Spannungswert erfaßt.
    Beim Stand der Technik wird demgegenüber wie beschrieben die Beruhungsspannung fälschlicherweise über die Erfassung des Potentials zwischen Schutzerde und angezapfter Netzphase erfaßt. Dieses konventionell erfaßte Potential ist jedoch wie beschrieben aufgrund der durch die Parallelschaltung des Prüfgerätes mit den Koppelimpedanzen des realen IT-Netzes aufgetretenen Netzspannungsveränderung verfälscht.
    Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit eine zutreffende und unverfälschte Bestimmung der Berührungsspannung durch Erfassung des Potentials zwischen Schutzerde und dem neutralen Sondenanschluß.
    Die zwischen den beschriebenen Punkten gemessene Berührungsspannung kann nun durch Anlegen eines Fehlerstroms IP in Höhe des Nennfehlerstroms der zu prüfenden Fehlerstromschutzeinrichtung gemessen werden. Zur Vermeidung einer Netzbelastung kann die Berührungsspannung auch durch Anlegen eines Fehlerstroms IP gemessen werden, der einem Teil des Nennfehlerstroms der Fehlerstromschutzeinrichtung entspricht und kann dann auf den tatsächlichen Wert der Berührungsspannung (bei einem Fehlerstrom in Höhe des Nennfehlerstroms) hochgerechnet werden.
    Das erfindungsgemäße Verfahren sieht desweiteren die Möglichkeit vor, den fließenden Fehlerstrom IP mit einem Sollwert zu vergleichen. Dieser Sollwert kann beispielsweise dem Nennfehlerstrom entsprechen, bei welchem die im zu überprüfenden realen IT-Netz verwendete Fehlerstromschutzeinrichtung anspricht. Falls der während der Messung und Prüfung fließende Konstantstrom diesen Sollwert nicht erreicht (beispielsweise aufgrund zu hoher Koppelimpedanzen der einzelnen Phasen des realen IT-Netzes gegenüber Erde) kann somit erkannt werden, daß die eingesetzten Fehlerstromschutzeinrichtungen einen überhöhten Nennfehlerstrom besitzen und somit zur Absicherung des überprüften realen IT-Netzes nicht geeignet sind.
    Der Erdungswiderstand kann durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Abschluß der Messung einfach aus der ermittelten Berührungsspannung und dem angelegten Konstantfehlerstrom nach dem Ohm'schen Gesetz berechnet werden.
    Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch eine automatische Abschaltvorrichtung zum Abschalten des Verfahrens zur Überprüfung des IT-Netzes aus. Diese automatische Abschaltvorrichtung spricht beim Nichtvorliegen eines ordnungsgemäßen Anschlusses der Sonde am neutralen Erdpotential automatisch an.
    Desweiteren weist die erfindungsgemäß Vorrichtung eine automatische Abschaltvorrichtung zur Unterbrechung des angelegten Fehlerstromes IP auf, welche bei Überschreitung eines vorgebbaren Grenzwertes des Potentialunterschiedes zwischen dem neutralen Erdpotential und der Schutzerde des IT-Netzes aus Sicherheitsgründen anspricht.
    Ein Rechner der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt durch Anwendung des Ohm'schen Gesetzes den Erdungswiderstand Re aus der Berührungsspannung und dem angelegten Konstantstrom. Der ermittelte Widerstandswert für den Erdungswiderstand Re wird dann über eine am Prüfgerät vorgesehene Anzeigevorrichtung angezeigt.
    Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
    Fig. 1
    eine Darstellung eines realen IT-Netzes mit angeschlossenem Prüfgerät,
    Fig. 2
    ein Flußdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte bei der Auslöseprüfüng von Fehlerstromschutzeinrichtungen in IT-Netzen sowie
    Fig. 3
    ein Flußdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte zur Messung der Berührungsspannung in IT-Netzen.
    Fig. 1 zeigt ein reales IT-Netz mit den Netzphasen L12, L22 und L32, welche durch Koppelimpedanzen 11, 12 und 13 relativ hochohmig geerdet sind. Das reale IT-Netz nach Fig. 1 weist ansonsten nichtgeerdete aktive Teile 16 auf sowie einen beispielhaften und geerdeten Verbraucher M. Die (unterschiedlichen) Koppelimpedanzen 11, 12 und 13 symbolisieren die im realen IT-Netz auftretende kapazitive Kopplung der einzelnen Netzphasen L12, L22 und L32 gegenüber Erde. Zur Überprüfung der Fehlerstromschutzeinrichtung 1 sowie zur Erfassung von mit der Sicherheit des realen IT-Netzes in Zusammenhang stehenden Meßgrößen wird nun ein Meßgerät 2 mit einem ersten Anschluß 3, einem zweiten Anschluß 4 und einem dritten Sondenanschluß 6 dergestalt an das realen IT-Netz angeschlossen, daß der erste Anschluß 3 mit einer Netzphase (im vorliegenden Fall mit der Netzphase L32) des IT-Netzes verbunden wird, der zweite Anschluß 4 mit einer Schutzerde 5 des IT-Netzes verbunden wird sowie der dritte Sondenanschluß 6 über eine Sondenleitung 14 mit neutralem Erdpotential 7 verbunden ist. Das neutrale Erdpotential 7 befindet sich in einem Abstand 10 (mindestens 20m) von der Schutzerde 5 entfernt und liegt somit außerhalb des Spannungstrichters der Schutzerde 5. Damit werden Potentialveränderungen der Schutzerde 5 im Rahmen der Prüfung mit dem Prüfgerät 2 am neutralen Erdpotential 7 nicht mehr erfasst.
    Beim Aktivieren der Konstantstromquelle des Prüfgerätes 2 fließt nun ein zu messender Fehlerstrom IP in Pfeilrichtung 8 über Prüfgerät 2, Erdungswiderstand 9, Schutzerde 5, Koppelimpedanzen 11, 12 sowie Fehlerstromschutzeinrichtung 1 und aktive Teile 16 (Aufteilung je nach Drehstromphasenlage).
    Zur Erläuterung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die Flußdiagramme nach Fig. 2 und 3.
    Das Flußdiagramm nach Fig. 2 zur Auslöseprüfung von Fehlerstromschutzeinrichtungen (bzw. FI-Schaltern) geht von einem Meßaufbau nach Fig. 1 aus und mißt zunächst die Netzspannung UNetz. Falls diese zwischen einer zulässigen Untergrenze ug bzw. Obergrenze og liegt, wird das Potential zwischen dem neutralen Erdpotential 7 gegenüber der Schutzerde 5 ohne Fehlerstromeinspeisung durch das Prüfgerät 2 gemessen. Falls die gemessene Sondenspannung USonde die Obergrenze og überschreitet, muß die weitere Prüfung des vorliegenden Netzes wie im TN-/TT-Netzes ohne Verwendung des dritten Sondenanschlusses 6 des Prüfgerätes 2 durchgeführt werden. Durch diesen Verfahrensschritt wird festgestellt, ob ein reales IT-Netz vorliegt.
    Falls die Sondenspannung USonde die vorgegebene Obergrenze og nicht überschreitet, wird davon ausgegangen, daß ein reales IT-Netz vorliegt und es wird über das Prüfgerät 2 ein Konstantstrom IdN in das Netz eingespeist, so daß ein Fehlerstrom in Flußrichtung 8 (vgl. Fig. 1) fließt. Nun wird die Sondenspannung USonde im belasteten Zustand (d. h. mit Fehlerstrom IP) vorgenommen und es wird geprüft, ob die Sondenspannung USonde (zwischen neutralem Erdpotential und Schutzerde 5) einen vorgebbaren Grenzwert (hier 50V) überschreitet. In diesem Fall wird die Netzüberprüfung aus Sicherheitsgründen sofort abgebrochen.
    Falls die Sondenspannung USonde den vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, wird durch das Prüfgerät 2 der in Flußrichtung 8 fließende Ist-Strom mit dem Stromistwert I erfasst. Da der Konstantstrom IdN die Höhe des Nennfehlerstroms besitzt, ist bei Überschreitung einer bestimmten Meßzeit eine Auslösung der Fehlerstromschutzeinrichtung 1 zu erwarten. Falls dies nicht geschieht wurde somit festgestellt, daß die Fehlerstromschutzeinrichtung 1 fehlerbehaftet ist.
    Während der Meßzeit wird laufend der Betrag der Differenz zwischen Stromistwert I und Konstantstrom IdN gebildet und wird festgestellt, ob diese Differenz einen Grenzwert überschreitet.
    Wenn dies der Fall ist - wenn also der Stromistwert I den am Prüfgerät 2 eingestellten Konstantstrom IdN übersteigt - wird geprüft, ob noch ausreichende Netzspannung im realen IT-Netz vorhanden ist.
    Falls dies trotz des über die Schutzerde 5 und die Koppelimpedanz 13 hergestellten Erdschlusses der Fall ist, muß daraus geschlossen werden, daß die zu überprüfende Fehlerstromschutzeinrichtung 1 wirkungslos bleibt, da im vorliegenden realen IT-Netz trotz hergestelltem Erdschluß kein ausreichender Fehlerstrom IP entstehen kann.
    Wenn aber der Fehlerstrom IP ausgereicht hat, um die zu überprüfende Fehlerstromschutzeinrichtung 1 ansprechen zu lassen, wird durch das Prüfgerät 2 die Auslösezeit tA erfasst und angezeigt.
    Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Berührungsspannung UidN mit einem Meßaufbau nach Fig. 1. Zunächst wird wie beim Ablauf nach Fig. 2 UNetz gemessen, mit der Untergrenze ug sowie der Obergrenze og verglichen, sowie die Spannung zwischen dem neutralen Erdpotential 7 und der unbelasteten Schutzerde 5 aufgenommen. Falls diese Spannung wiederum einen sicherheitsgefährdenden oberen Grenzwert og nicht überschreitet, wird nun nach Fig. 2 ein Bruchteil des Konstantstroms (z.B. die Hälfte, ein Drittel, usw.) am Prüfgerät 2 eingestellt und in Flußrichtung 8 nach Fig. 1 in Analogie zum entsprechenden Verfahrensschritt nach Fig. 2 ins reale IT-Netz eingespeist.
    Dann wird die Berührungsspannung UidN durch Aufintegration der Sondenspannung USonde zwischen neutralem Erdpotential 7 und Schutzerde 5 über die Zeit erfasst. Falls die Berührungsspannung UidN einen Grenzwert überschreitet, wird das Meßverfahren aus Sicherheitsgründen sofort abgebrochen. Andernfalls wird wie beim Verfahren nach Fig. 2 der Stromistwert I erfaßt, und eine betragsmäßige Differenz zwischen Stromistwert I und dem halbierten, gedrittelten, usw. eingespeisten Konstantstrom IdN gebildet. Falls diese betragsweise Differenz einen Grenzwert δ nicht überschreitet und die Meßzeit vorüber ist, kann aus der ermittelten Berührungsspannung UidN und dem eingestellten Konstantstrom IdN der Erdungswiderstand Re berechnet und angezeigt werden.
    Die Aufintegration der Berührungsspannung UidN erfolgt bis zum Ende der Meßzeit.
    Die Prüfung nach Fig. 3 wird ebenso wie die Prüfung nach Fig. 2 abgebrochen, wenn festgestellt wird, daß trotz vorhandenem Erdschluß (beispielsweise aufgrund zu hoher Koppelimpedanz 11, 12, 13) ein zu geringer Fehlerschlußstrom zur Auslösung (der damit überdimensionierten und wirkungslosen) Fehlerstromschutzeinrichtung 1 fließt.
    BEZUGSZEICHEN
    1
    Fehlerstromschutzeinrichtung
    2
    Prüfgerät
    3
    erster Anschluß
    4
    zweiter Anschluß
    5
    Schutzerde
    6
    dritter Sondenanschluß
    7
    neutrales Erdpotential
    8
    Flußrichtung des Fehlerstroms IP
    9
    Erdungswiderstand Re
    10
    Abstand
    11,12,13
    Koppelimpedanz
    14
    Sondenleitung
    15
    Anzeigevorrichtung
    16
    aktive Teile
    UNetz
    Netzspannung
    ug
    Untergrenze
    og
    Obergrenze
    USonde
    Sondenspannung
    UidN
    Berührungsspannung
    I
    Stromistwert
    IP
    Fehlerstrom
    IdN
    Konstantstrom
    δ
    Grenzwert
    Re
    Erdungswiderstand
    tA
    Auslösezeit
    M
    Verbraucher
    L12, L22 und L32
    Netzphasen des realen IT-Netzes

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Überprüfung von Schutzmaßnahmen in mit Fehlerstromschutzeinrichtungen ausgestatteten realen IT-Netzen,
            gekennzeichnet durch
         den Ablauf der folgenden Verfahrensschritte:
      a) Vorsehen eines Prüfgerätes (2), das in an sich bekannter Weise mit einem ersten Anschluß (3) an mindestens eine der Phasen eines IT-Netzes, mit einem zweiten Anschluß (4) an Schutzerde (5) und mit einem dritten Sondenanschluß (6) an ein neutrales Erdpotential (7) angeschlossen wird, welches derart von einer zu vermessenden Schutzerde (5) beabstandet ist, daß es nicht von der Potentialveränderung der Schutzerde (5) bei Beaufschlagung mit einem Fehlerstrom IP während der Prüfung und Messung beeinträchtigt wird,
      b) automatisches Beenden des IT-Meßmodus des Prüfgerätes bei Auftreten eines der nachfolgenden Zustände:
      ba) Feststellung, daß der Sondenanschluß (6) nicht ordnungsgemäß angeschlossen ist,
      bb) Feststellung einer Unterbrechung der Sondenleitung (14) zwischen Prüfgerät (2) und Sondenanschluß (6),
      bc) Feststellung eines zu großen Sondenanschlußwiderstandes,
      c) Anlegen eines Fehlerstromes IP zwischen der mindestens einen Phase und der Schutzerde (5), wodurch das Potential der Schutzerde (5) um einen gewissen Betrag angehoben wird,
      d) Messung des Potentials der Schutzerde (5) gegenüber dem neutralen Erdpotential (7) und Überwachung des Potentials der Schutzerde (5) auf Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes, z.B. 25 V oder 50 V, sowie
      e) automatisches Beenden des IT-Meßmodus des Prüfgerätes (2) unter Abschaltung des Prüfstromes IP innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls bei Überschreiten des Grenzwertes gemäß Verfahrensschritt d).
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
            dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anlegen des Fehlerstromes IP gemäß Merkmal c) in Anspruch 1 eine Potentialüberprüfung zwischen Sondenanschluß (6) und vom Prüfstrom IP unbelasteten Schutzerde (5) durchgeführt wird und bei Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle der IT-Meßmodus des Prüfgerätes (2) automatisch abgeschaltet wird.
    3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2,
            dadurch gekennzeichnet, daß der während der Messung auftretende Spannungswert zwischen der Schutzerde (5) und dem neutralen Erdpotential (7) als Berührungsspannung UidN definiert und erfaßt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3,
            dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsspannung UidN bei Nennfehlerstrom der Fehlerstromschutzeinrichtung (2) gemessen wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 3,
            dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsspannung UidN bei einem Teil des Nennfehlerstromes der Fehlerstromschutzeinrichtung (2) gemessen und auf Nennfehlerstrom hochgerechnet wird.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
            dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstrom IP während der Messung und Prüfung als Konstantstrom IdN angelegt und auf Übereinstimmung mit einem Sollwert hin überwacht wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6,
         dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Messung der Erdungswiderstand (9) aus der Berührungsspannung UidN und dem Konstantstrom IdN berechnet wird.
    8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Prüfgerät (2), das mittels eines ersten Anschlusses (3) an eine Phase eines IT-Netzes anschließbar ist, mit einem zweiten Anschluß (4) an Schutzerde (5) des IT-Netzes anschließbar ist und das eine Konstantstromquelle zur Erzeugung eines Fehlerstromes (IB) aus mindestens einer der Phasen sowie einen Sondenanschluß (6) aufweist, an den eine in neutralem Erdpotential (7) befindliche Sonde anschließbar ist, wobei das Prüfgerät (2) eine Meßvorrichtung aufweist, die zur Erfassung des Potentialunterschiedes zwischen dem neutralen Erdpotential (7) und der Schutzerde (5) dient,
            dadurch gekennzeichnet, daß
      daß die Vorrichtung eine automatische Abschaltvorrichtung zum Abschalten des manuell einstellbaren IT-Meßmodus aufweist, die nach Durchführung einer Spannungs- und Widerstandsmessung zwischen dem Sondenanschluß (6) und der Schutzerde (5) den ordnungsgemäßen Anschluß des Sondenanschlusses (6) überprüft und bei Nichtvorliegen eines solchen ordnungsgemäßen Anschlusses den IT-Modus automatisch verläßt.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
            dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere automatische Abschaltvorrichtung zur Unterbrechung des Fehlerstromes IP vorgesehen ist, die bei Überschreitung eines vorgebbaren Grenzwertes des Potentialunterschiedes zwischen dem neutralen Erdpotential und der Schutzerde (5) des IT-Netzes anspricht.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9,
            dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfgerät (2) einen Rechner aufweist, der den Erdungswiderstand (9) aus der Berührungsspannung UidN und dem Konstantstrom IdN berechnet und über eine am Prüfgerät (2) vorgesehene Anzeigevorrichtung (15) anzeigt.
    EP96100668A 1995-03-01 1996-01-18 Verfahren sowie Vorrichtung zur Überprüfung von Schutzmassnahmen in realen IT-Netzen Expired - Lifetime EP0730161B1 (de)

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